土动力学第8章边坡地震稳定分析.ppt

第第8章章多点、多向地震作用下边多点、多向地震作用下边坡稳定性分析坡稳定性分析研究背景研究背景1研究现状研究现状2研究内容研究内容3 3主要内容主要内容p多点、多向地震动荷载引入多点、多向地震动荷载引入p多点、多向地震边坡稳定性圆弧滑面极限平衡条分法多点、多向地震边坡稳定性圆弧滑面极限平衡条分法p多点、多向地震边坡稳定性非圆弧滑面极限平衡条分法多点、多向地震边坡稳定性非圆弧滑面极限平衡条分法p多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究p工程实例分析工程实例分析研究背景研究背景1.地震诱发滑坡数量多、危害大地震诱发滑坡数量多、危害大5.125.12汶川地震诱发滑坡灾害汶川地震诱发滑坡灾害 海地海地地震滑坡航拍图地震滑坡航拍图(2010)(2010)克什米尔地震滑坡克什米尔地震滑坡(2005(2005)研究背景研究背景2.工程建设的需要工程建设的需要研究背景研究背景三多：三多：山多、地震多、建设多山多、地震多、建设多随时间、空间变化随时间、空间变化竖向地震动不可忽视竖向地震动不可忽视地震动：地震动：50m2倍对于尺寸较大的高边坡及土石坝进行多点、多对于尺寸较大的高边坡及土石坝进行多点、多向地震动作用下的稳定性分析具有重要意义向地震动作用下的稳定性分析具有重要意义研究现状研究现状比较复杂，值得研究多点地震作用大跨度结构多点地震作用大跨度结构研究现状研究现状地震边坡稳定研究地震边坡稳定研究滑块方法理论计算现场调查试验研究拟静力法数值模拟边坡地震动输入边坡地震动输入地震边坡稳定性分析地震边坡稳定性分析形式单一方法不成熟研究现状研究现状存在问题存在问题有必要开展多点、多向地震动作用下有必要开展多点、多向地震动作用下边坡稳定性研究边坡稳定性研究技术路线技术路线双江口土石坝坝坡稳定性研究多点、多向地震动作用边坡稳定性研究圆弧滑面边坡稳定性非圆弧滑面边坡稳定性Sweden条分法Bishop条分法不平衡推力法通用条分法多点、多向地震动输入多点、多向地震动作用边坡稳定性影响因素研究边坡稳定性程序编制几何参数土性参数地震动参数双层边坡不同滑面不同地震动输入边坡稳定性研究内容研究内容1.引入多点、多向地震荷载引入多点、多向地震荷载BaHiaViaHi-1aVi-1123i-1i.aHjaVjjj+1n.A研究内容研究内容2.圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析研究内容研究内容AORbiBiQHihiWiliQViNiUiTiSwedenSweden条分法条分法 2.圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析研究内容研究内容BishopBishop条分法条分法 AORbiBiQHihiWiliQViNiUiTiEiEi+1=20.0kN/m3,=19.6,c=3kPaElevation/mDistance/m1:2H=10mAACAD考题考题(Donald I.B.and Giam K.Y.,1992)地震激励点位于滑面底部端点处A 地震动输入在各个土条重心处 视波速va500m/s，地震峰值加速度amax0.2g 计算条件研究内容研究内容计 算 工 况Donald陈祖煜本 文Sweden法Bishop法不考虑地震1.000.9910.9091.008考虑地震单点、单向0.7350.781多点、多向0.7540.804均均质质土土坡坡 算例算例1 1 土层1土层2土层3研究内容研究内容非非均均质质土土坡坡 算例算例2 2 地震激励点位于滑面底部端点处A 地震动输入在各个土条重心处 视波速va500m/s，地震峰值加速度amax0.15g 计算条件土层1：=19.5kN/m3,=38,c=0kPa土层2：=19.5kN/m3,=23,c=5.3kPa土层3：=19.5kN/m3,=20,c=7.2kPa计 算 工 况Donald陈祖煜本 文Sweden法Bishop法不考虑地震1.391.3851.1601.405考虑地震单点、单向1.001.0070.9211.017多点、多向0.9541.034不平衡推力法不平衡推力法研究内容研究内容3.非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析切线平衡切线平衡法线平衡法线平衡隐式表达隐式表达显式表达显式表达研究内容研究内容不平衡推力法不平衡推力法通用条分法土条受力示意图通用条分法土条受力示意图研究内容研究内容3.非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析通用条分法通用条分法(力平衡力平衡)研究内容研究内容x方向：y方向：微分形式微分形式研究内容研究内容通用条分法通用条分法(力矩平衡力矩平衡)力矩平衡力矩平衡力平衡力平衡对土条底部中点取矩 通用条分法（积分形式）通用条分法（积分形式）研究内容研究内容力平衡力矩平衡 研究内容研究内容土层1土层1软弱夹层ABCD 地震激励点位于滑面底部端点处A 地震动输入在各个土条重心处 视波速va500m/s，地震峰值加速度amax0.2g 计算条件折折线线形形滑滑面面 算例算例1 1 土层1：=18.84kN/m3,=20,c=28.5kPa软弱层：=18.84kN/m3,=10,c=0kPa计计 算算 工工 况况Donald陈陈祖煜祖煜本本 文文不考不考虑虑地震地震1.341.261.20考考虑虑地震地震单单点、点、单单向向0.862多点、多向多点、多向0.875研究内容研究内容土层1土层1软弱夹层Distance/m 地震激励点位于滑面底部端点处A 地震动输入在各个土条重心处 视波速va500m/s，地震峰值加速度amax0.2g计算条件组组合合形形滑滑面面 算例算例2 2土层1：=19.5kN/m3,=30,c=20kPa软弱层：=18.0kN/m3,=10,c=0kPa计计 算算 工工 况况Geoslope本本 文文不考不考虑虑地震地震1.2451.224考考虑虑地震地震单单点、点、单单向向1.0861.011多点、多向多点、多向1.033Elevation/m4.多点、多向地震作用下边坡稳多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究定性影响因素研究研究内容研究内容A1nH 几何参数：边坡高度、坡率 非圆弧滑面边坡 土性参数：粘聚力、内摩擦角 地震动参数：视波速、峰值加速度 双层边坡=19.5kN/m3,=25，c=10kPa，坡率1：2多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究单点、单向Single Point&Single DirectionSS单点、多向Single Point&Multiple DirectionSM多点、单向Multiple Point&ingle Direction under VelocityMSV多点、单向Multiple Point&Single Direction under InCoherenceMSC多点、单向Multiple Point&Single DirectionMSVC多点、多向Multiple Point&Multiple DirectionMM几几点点说说明明 amax=0.05g amax=0.1g amax=0.2g amax=0.4g 多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g视波速视波速Va=500m/s坡高坡高H10m、30m、60m、100m、150m、200m坡高H的影响amax=0.05g amax=0.1g amax=0.2g amax=0.4g 多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究不同地震动输入工况下Fs都随着H的增大而降低,当H大于30m时，Fs随着增大而降低的幅度明显减小。多点(多向)输入时的安全系数要大于单点(单向)时的安全系数。在H较小时,多点多向与单点输入差别较小，可不考虑多点多向输入。随着H的增长，多点多向与单点输入差别越来越大，最大可达到36.7。多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度峰值加速度amax=0.2g，视波速，视波速Va=500m/s坡率坡率1:n=1:1.5，1:1.75，1:1.20，1:2.25坡高坡高H10m、30m、60m、100m、150m、200m坡率的影响H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究Fs随着坡率的变缓而增大，并且考虑地震动的多点、多向特性时，Fs变化率随着边坡坡率变缓呈现缓慢增大趋势。随着坡率从1：1.5变缓至1：2.25过程中，随着坡率变缓相对增长不是很大，但是在坡高达到一定高度时，变化率的绝对数值会比较大，最大可达到19，必须考虑地震动的多点、多向特性。H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m峰值加速度峰值加速度amax=0.2g，视波速，视波速Va=500m/s23、24、25、26、27 c8kPa、9kPa、10kPa、11kPa、12kPa、坡高坡高H10m、30m、60m、100m、150m、200m强度参数影响多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200mFs随着内摩擦角和粘聚力c的增大而增大，且Fs随内摩擦角和粘聚力的增大规律近似呈线性变化。当边坡高度较低时(H10m)，两种不同强度参数 和c对边坡稳定性的敏感性相当，而当边坡高度较高时(H增长至30m后)，对边坡稳定性的敏感性大于 c。随着坡高的增大，内摩擦角对边坡稳定性的敏感性几乎保持不变，而粘聚力对边坡稳定性的敏感性逐渐减小。多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度峰值加速度amax=0.2g视波速视波速V Va a=250m/s250m/s、500m/s500m/s、1000m/s1000m/s、2000m/s2000m/s坡高坡高H10m、30m、60m、100m、150m、200m视波速影响H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究随着视波速va的增大，MM作用下边坡的安全系数会随着视波速的增大而减小，并且减小幅度随着视波速的增大而变缓。在视波速较小时，MM作用下的安全系数与SM作用下的安全系数相差较大，随着视波速的增长，这两种不同地震作用下的安全系数差值愈来愈小，这说明随着视波速的增大，地震动的行波效应对边坡稳定性的影响逐渐减小。多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g视波速视波速V Va a=500m/s500m/s坡高坡高H10m、30m、60m、100m、150m、200mamax的影响H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究安全系数随着amax的增大而减小。在amax较小时,多点多向与单点输入差别较小，可不考虑多点多向输入。多点输入与单点输入的差别随着amax的增大而增大，即多点效应随着地震加速峰值增大愈加明显。双层边坡双层边坡A12H/2H/2土层1：r19.5kPa，c25kPa，38土层2：r19.5kPa，c20kPa，18多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究计算示意图计算示意图峰值加速度峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g视波速视波速VaVa=500m/s500m/s坡高坡高H10m、30m、60m、100m、150m、200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究amax=0.05g amax=0.1g amax=0.2g amax=0.4g 在H较小时(HSSp多点、多向效应随H、amax的增大愈发显著p安全系数变化率随坡率变缓缓慢增大p稳定性随强度参数增大而近似线性增大pMM的安全系数会随着视波速的增大而减小，减小幅度随着视波速的增大而变缓，随着va的增大，行波效应对边坡稳定性的影响逐渐减小 p对于双层边坡、非圆弧滑面形状的边坡，考虑多点、多向地震作用时，安全系数变化率随着H、amax的增大而明显增大